宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字九龙司是哪里？与解释星(xīng)九龙司是哪里？系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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